بررسی آزمایشگاهی اثر غلظت و نوع بافر بر خواص پلی(وینیل کلراید) تولید شده به روش پلیمریزاسیون تعلیقی در دمای ثابت

STUDENT

DEGREE

YEAR

Poly(vinyl chloride) (PVC) is one of the most consumed polymers in the world. Suspension polymerization is the main process for manufacturing PVC. Suspension medium pH tuners are called buffer in industrial termino logy. In this study the effects of concentration and type of three most applicable industrial buffers i.e. lime, sodium hydroxide(caustic) and sodium bicarbonate on final conversion at constant time, weight fraction of particles with the size greater than 250µm in final powder, cold plasticizer absorption of particles(CPA), bulk density and K-value as a measure of molecular weight are investigated. Experiments were carried out in a 1-L stirred autoclave at constant temperature 58°C.A large number of tests were performed to find the recipe that produces a polymer with the same specifications as Bandar Imam petrochemical complex PVC. The amount of each buffer for adjusting the pH of the final slurry in the reactor between 7 and 8 was determined experimentally. This value is named minimum buffer value and its value for lime, caustic and sodium bicarbonate was 14, 6 and 13 mg, respectively. It was shown that as dimensionless buffer concentration (DBC) (which is buffer amount/minimum buffer value)raisesthe final conversion drops linearly in a constant time period. Different slopes of conversion trends indicate that this drop varies from buffer to buffer with the maximum slope equal to -9(final conversion/DBC) for caustic and a minimum equal to -4.1 for sodium bicarbonate. Sieve analysis of the polymer powder indicate that weight fraction of particles with the sizes greater than 250 µm grows as DBC rises. Maximum growth in particle size is for caustic with a 186% growth for increasing pH from 7 to 10 (equal to increase DBC from 1 to 2.5) and minimum growth is for lime with a decrease in particle size equal to 138%. Cold plasticizer absorption of particles (CPA) as a measure of their porosity is decreased as buffer concentration increased. Caustic has the maximum decrease of this parameter by decreasing CPA about 50% when its DBC rises from 1 to 2.5 and minimum decrease in this parameter is for sodium bicarbonate with an 8.7% decrease when its concentration risesthe same trend. Bulk density of the powder increases with CPA decrease. Buffer concentration has shown no effect on K-value and it seems that temperature is the only parameter that affects that.Based on this results one may conclude that it is better not using buffer if reactor inner walls and other equipment were coated somehow to prevent corrosion caused by hydrogen chloride produced in the reaction but if such coating is not available it is possible to use caustic instead of lime because it is cheaper. Economical investigations show that annual cost for producing PVC based on Bandar Imam PVC unit is 10 times cheaper than lime. Keywords: Suspension polymerization of vinyl chloride, Buffer, Lime, Sodium hydroxide, Sodium bicarbonate, PVC

پلی (وینیل کلراید)(PVC) یکی از پر کاربرد ترین پلیمر ها در دنیا است.عمده ترین فرآیند تولید این ماده روش سوسپانسیونی است.به مواد تنظیم کننده ی pH محیط سوسپانسیونی در اصطلاح صنعتی بافر گفته می شود.در این پروژه تاثیر غلظت سه بافر پر مصرف در صنعت یعنی آهک، هیدروکسید سدیم(کاستیک) و سدیم بیکربنات بر درصد تبدیل نهایی پلیمر در زمان ثابت، کسر وزنی ذرات بزرگتر از 250 میکرومتر، درصد وزنی جذب نرم کننده توسط ذرات، دانسیته ی ظاهری پودر و K-value که شاخصی است از وزن مولکولی پلیمر بررسی شده اند؛ به علاوه، تاثیر نوع ماده ی تنظیم کننده ی pH نیز بر این خواص بررسی شده است. آزمایش ها در یک راکتور دو جداره ی یک لیتری و مجهز به همزن به روش سوسپانسیونی و در دمای ثابت ?C 58 انجام گرفت. آزمایش های زیادی برای بدست آوردن دستورالعملی استاندارد که منجر به تولید پودری با خواصی مشابه با خواص استاندارد پودر تولیدی توسط واحد پلی(وینیل کلراید) پتروشیمی بندر امام شود، انجام شد و در نهایت دستورالعملی با قابلیت تکرار پذیری در آزمایش های مختلف بدست آمد. همچنین به منظور برنامه ریزی برای آزمایش های بعدی آزمایش هایی برای بدست آوردن مقداری از بافر که به ازای آن pH نهایی سوسپانسیون بین 7 تا 8 قرار گیرد انجام گرفت و این مقدار، مقدار بافر حداقل نامگذاری شد. مقدار بافر حداقل برای آهک، کاستیک و سدیم بیکربنات به ترتیب 6،14 و 13 میلی گرم بدست امد.در این آزمایش ها مشخص شد که درصد تبدیل نهایی در زمان ثابت با افزایش غلظت بدون بعد بافر (مقدار بافر/مقدار بافر حداقل) محیط به صورت خطی کاهش می یابد. همچنین مشخص شد که این کاهش بسته به نوع بافر مصرفی متفاوت است.نمودار های بدست آمده نشان می دهند که بیشترین شیب کاهش درصد تبدیل نهایی در زمان ثابت مربوط است به آهک با شیب 9- (برحسب درصد تبدیل/غلظت بدون بعد بافر) و کمترین آن مربوط است به سدیم بیکربنات با شیب 1/4- . همچنین مشخص شد که با افزایش غلظت بدون بعد بافر محیط کسر وزنی ذرات بزرگتر از 250 میکرومتر، افزایش می یابد. در میان سه بافر استفاده شده بیشترین افزایش در کسر وزنی ذرات بزرگتر از 250 میکرومتر مربوط به کاستیک است که با افزایش غلظت بدون بعد بافر از 1 به 5/2(افزایش pHنهایی از 7 به10) افزایش 186 درصدی در این شاخص را نشانداد همچنین کمترین افزایش در مقدار این کمیت در همین محدوده از pHنهایی مربوط است به آهک با افزایش 138 درصدی. همچنین مشخص شد که با افزایش غلظت بدون بعد بافردرصد وزنی جذب نرم کننده توسط پلیمر،کاهش می یابد؛ در این میان بازهم بیشترین کاهش در این شاخص مربوط به کاستیک است که با افزایش غلظت بی بعد از 1 به 5/2 درصد وزنی جذب نرم کننده توسط پودر را حدود 50درصد کاهش می دهد در حالی که کاهش همین کمیت هنگام استفاده از سدیم بیکربنات تنها 7/8 درصد می باشد.با کاهش این کمیت، افزایش دانسیته ی ظاهری پودر امری طبیعی به نظر می رسد که در مورد هر سه بافر استفاده شده صادق است اما رابطه ی مستقیمی بین کاهش تخلخل با افزایش دانسیته ی ظاهری مشاهده نشد برای مثال افزایش pH نهایی از 7 به 10(بوسیله ی افزایش غلظت بدون بعد بافر)توسط آهک، افزایش 23 درصدی دانسیته ظاهری پودررا به همراه دارد بصورتی که بیشترین تاثیر را روی این کمیت دارد در حالی که این افزایش در مورد کاستیک و سدیم بیکربنات به ترتیب 15 و 12 درصد می باشد.وزن مولکولی که با شاخصی به نام K-value اندازه گیری شد با تغییر نوع و غلظت بدون بعد بافر مصرفی تغییری از خود نشان نداد و به نظر میرسد که دما تنها عاملی باشد که بیشترین تاثیر را بر این مقدار دارا است.با توجه به نتایج بدست آمده در این تحقیق و با توجه به استاندارد های موجود برای تولید صنعتی پلی(وینیل کلراید) مشخص شد که اگر بتوان به طریقی از خوردگی تجهیزات و بدنه ی داخلی راکتور توسط هیدروژن کلراید تولیدی در هنگام واکنش جلوگیری کرد بهتراست که از بافر استفاده نشود اما اگر امکان مقاوم سازی این تجهیزات در برابر خوردگی وجود نداشته باشد می توان از کاستیک که قیمت ارزان تری نسبت به آهک دارد در تولید پلی(وینیل کلراید) استفاده کرد. استفاده از این ماده باعث خواهد شد که هزینه ی بافر مصرف شده در طی یکسال برای تولید پلی(وینیل کلراید) طبق دستورالعمل تولیدی واحد پلی(وینیل کلراید) بندر امام در مورد کاستیک 10 برابر ارزان تر از آهک تمام شود. کلید واژه ها: پلیمریزاسیون سوسپانسیونی وینیل کلراید، بافر، آهک، سدیم هیدروکساید، سدیم بی کربنات ، پلی(وینیل کلراید)